Одиссея голоса. Связь между ДНК, способностью мыслить и общаться: путь длиной в 5 миллионов лет
Шрифт:
Голос создан синтезом информации, поступающей из всего мозга. Миллиарды проводящих путей и связей между нейронами порождают само существование голосового выражения. Тайна голоса скрывается среди прочих секретов Цереброполиса.
Для таких детективов, как мы, уликой является церебральная единица: нейрон. Каковы характеристики этой клетки?
Нейрон (иначе нервная клетка), название, придуманное Вальдейером в 1890 году (он же изобрел слово «хромосома»), является единственной клеткой, которая формирует огромную коммуникативную сеть. Это настоящее чудо животного мира. Нервная система содержит 300 млрд клеток, образующих две большие семьи: первая, семья нейронов, передает информацию, вторая, семья глиальных клеток, хранит и формирует структуру мозга. «Таинственные бабочки души, трепетание крыльев которых, быть может, когда-нибудь – кто знает? – прояснит тайну духовной жизни» – так лауреат Нобелевской премии (1906) Рамон-и-Кахаль описывал жизненно важные составляющие мозга, купающиеся в питательном
Нейроны, числом около 100 млрд, имеют свое клеточное тело, расположенное в сером веществе мозга. Слой серого вещества имеет толщину всего несколько миллиметров. Чтобы увеличить свою площадь, на поверхности мозга, в кортексе, оно образует глубокие складки, именуемые бороздами. Как мы уже видели, нейроны распределены по шести параллельным слоям коры, за исключением визуального слоя неокортекса, где существует седьмой слой. Нейроны соединены между собой почти 100 млрд синаптических связей. Каждый нейрон посредством своих дендритов получает 10 000 различных сигналов, исходящих от других нейронов. Один-единственный нейрон посылает по волокну своего аксона 10 000 других сигналов в адрес 10 000 других нейронов. Скорость распространения информации колеблется от 200 до 360 км/ч. Головокружительные цифры!
Если серое вещество – это клеточные тела, то белое вещество – это аксоны, информационные проводные волокна нейрона, самый большой пучок которых составляет толстенный кабель – мозолистое тело, содержащее несколько сотен миллионов волокон. Оно является единственным мостом между правым и левым полушариями мозга.
Берег правый, берег левый, а между ними мост
Так ли необходим этот мост, мозолистое тело, расположившееся между правым и левым полушариями? Можно ли убрать его, вырезать? Его непосредственная роль стала понятна только при лечении тяжелых эпилепсий.
В начале 60-х годов больной П., страдавший эпилепсией, заявил, что больше не может терпеть приступы своей болезни, справляться с внезапными кризами, мучительными как физически, так и психологически, которые превращают его в инвалида. Чтобы облегчить свое состояние или избавиться от приступов вовсе, он хотел обсудить возможность хирургического вмешательства. В результате он согласился на проведение эксперимента: удаление мозолистого тела. В расстроенных чувствах П. явился в больницу. Нейрохирург объяснил ему, что назначенная на завтра операция сопряжена с витальным риском. П. был согласен, ибо не мог больше терпеть свою болезнь. Операция прошла без сучка и задоринки. Постоперационных последствий никаких. Никакого нарушения моторики, пациент сам передвигался, сам принимал пищу и даже нормально говорил. От его эпилепсии практически не осталось и следа. Команда нейрохирургов и П. пребывали в эйфории. Но через несколько дней пациент и хирурги стали замечать аномальные проявления. Согласованная работа полушарий головного мозга нарушилась. Каждый берег начал жить сам по себе. Разум и чувства перестали пересекаться. П. – правша. Его левое полушарие, полушарие речи, являлось доминантным. Теперь, когда его просят прочесть слово «кавалер» только левым глазом, он говорит, что не понимает написанного. В естественных условиях визуальная информация слова «кавалер», воспринятая правой затылочной зоной зрения, передается в левое полушарие и через левый висок в зону речи. Но межполушарное сообщение прервано, мост «мозолистое тело» удален. Информация «кавалер», полученная правой затылочной долей, не может больше попасть в расположенные в левом полушарии зоны Брока и Вернике. Слов для П. больше не существует. Есть только геометрические формы. Теперь П. воспринимает слово не как слово речи, а как изогнутые и прямые линии. Визуальная стимуляция и реакция на нее сохранились, но отыскать в Цереброполисе истолкование, воспроизведение и смысл слова уже невозможно. Есть афферентное послание, но нет вербального ответа, эфферентного послания не существует. Доказана взаимно комплементарная роль обоих полушарий, согласующих друг с другом свою работу, чтобы в полной мере интегрировать мир речи и голоса.
Пучки, клетки, проводники и разветвления
Всем этим миллиардам миллиардов синапсов во встрече нейронов отводится три основные роли. Нейрон – автострада с односторонним движением: клеточное тело нейрона является исходной точкой, а аксон – дорогой, завершающейся синапсом. Аксон, направляющийся к мышце, которой он станет руководить через синапс, центробежный: он несет моторную информацию. Аксон другого нейрона, направляющегося с периферии внутрь мозга, чтобы информировать его, центростремительный. Он несет чувственную информацию, именуемую сенсорной. Мозг обладает эфферентными (центробежными) волокнами, экспортирующими информацию, и афферентными (центростремительными), информацию импортирующими.
Чтобы Цереброполис заработал, информация должна пройти три этапа. Например, если вы решили сжать мускул руки, первым этапом станет поступление информации по эфферентным волокнам от мозга к бицепсу. Эти сигналы позволят сжаться мышечным волокнам. На втором этапе информация вернется в мозг через другой нейрон. Мозг проинформирован о мышечном сокращении. Сообщение, отправленное мышцей, поступает в мозг. Информация, вернувшаяся по спинному мозгу, называется сенсорной. Передать такого рода сообщение позволяют почти 14 млн нейронов. Третий, и последний, этап – церебральная интеграция полученной информации. Информация прибывает в наш мозг. Чтобы стать осмысленной, она воспроизводится, интерпретируется, расшифровывается. Важность этих процессов мы видели на примере случая больного П.
Если мы захотим пропеть вокализ, простой пример работы одной лишь мышцы необычайно усложнится. Вы решили взять ля. Эфферентные нейроны окажут воздействие на сжатие многочисленных мышц гортани. Афферентные нейроны проинформируют нервный центр: «Все ОК». Посредством третьей группы нейронов вы обобщите информацию. Но это еще не конечное действие, ибо надо добавить выбранную ноту. Запускается сигнал возврата звука. Вы модулируете голос, корректируете, совершенствуете избранную тональность. Все эти этапы реализуются за несколько сотых доли секунды. Наш мозг, виртуоз Homo vocalis, может узнать, адаптировать и повторить ноту за одну пятнадцатую секунды. Дирижер за одну секунду может различить пятнадцать нот или пятнадцать инструментов. Если повторение упражнения позволяет запомнить положение мышц гортани и вибрацию при образовании звука, то движения, вызываемые эмоциями, воспроизводятся каждое мгновение. Они либо есть, либо их нет, но они не повторяются! Исполнение все приводит в соответствие. Обучение, основанное на повторении совокупности значимых движений, обращается к левому полушарию для сольфеджио и к правому – для обертонов. Закрепленные в памяти вокализы «готовы к употреблению». И, когда вы станете снова исполнять тот же куплет, скорость приведения в соответствие голосового аппарата будет несравненно большей, нежели при первой попытке. Как и у спортсменов, мышечная и умственная тренировка у профессионалов певческого голоса имеет первостепенное значение.
Этот записной болтун нейрон
Нейрон – единица, повелевающая информацией. По своим характеристикам в нашем организме он уникален. Он не делится, являясь единственным обладателем сложной неделимой структуры. Он единственный, кого можно заменить только с превеликим трудом. Если он умирает, то это окончательно. Когда он жив, он не прекращает коммуницировать с себе подобными: он великий болтун, курьер, всегда следующий в одном направлении. Однако, если попросить, он может создать новые связи. У него очень характерная форма: он похож на ветвистое дерево с тонким длинным стволом, с кроной на вершине и широко раскинувшимися корнями. Ветви – это дендриты, клеточные отростки диаметром 2 микрона, получающие информацию из других нервных клеток. Центр, откуда расходятся ветви, – это клеточное тело со своим ядром и многочисленными митохондриями. Ствол – это аксон длиной от нескольких миллиметров до метра и более. Корни – это синапсы, нервные окончания диаметром 50 микрон. Информация исходит от дендрита, поступает в тело клетки, пробегает аксон и оканчивается в синапсах, контактирующих либо с другим нейроном, либо с получающим сигнал органом, но никогда наоборот.
Рассмотрим конкретный пример: я произношу несколько слов и замолкаю. Молчание снижает активность речевых зон моего мозга. Нейроны дезактивированы. Я говорю фразу «Как прекрасен этот закат!». В зону мозга, отвечающую за речевую деятельность, поступает возбуждающий сигнал. Нейроны активизируются. Возбуждающие синапсы передают информацию моторным зонам гортани. Гортань производит движения, необходимые для создания членораздельной речи. Работа нескольких десятков тысяч межнейронных связей придала произнесенной нами фразе стройное звучание. Благодаря наблюдениям, сделанным с помощью медицинских приборов визуализации, было отмечено, что, когда мы разговариваем, одни участки коры мозга потребляют кислорода больше, чем другие. Функциональная магниторезонансная томография, или фМРТ, предоставила эту информацию в реальном времени, показав впечатляющую скорость накопления информации и важность доминантной доли мозга.
Скорость трансмиссии заданного порядка
Примечательно, что скорость проводимости нерва, отвечающего за слух, равна 40 м/с (144 км/ч), в то время как скорость проводимости нерва, отвечающего за голосообразование (блуждающего нерва), равна 100 м/с (360 км/ч). Аксон обладает изолятором нейронного электрического сигнала. Он окружен оболочкой, называемой миелиновой, исключающей ослабление сигнала. Поэтому при передаче электрической информации, которая на самом деле является ритмичной сменой заряда между ионами кальция и калия мембраны аксона, не происходит ее утечки. Но еще более примечательно, что изменение заряда между ионами кальция и калия, называемое потенциалом мембраны, совершается регулярными импульсами, с четкой последовательностью, ритмично и синхронно. Энергию, позволяющую создать электрический ток, произвела АТФ, уникальная молекула, являющаяся источником нашей внутренней энергии, которая бесперебойно и спонтанно подпитывает нервную клетку. Нервный импульс у всех видов одинаковый, а его структура идентична – от кальмара до человека. Это клеточное дыхание, насыщение легких кислородом, участвующим в образовании энергетической молекулы всего нашего тела, АТФ, а следовательно, в возникновении нервного импульса, который является электрохимическим сигналом. Становится понятнее, почему наш мозг использует до 20 % кислорода, поступающего в организм. Нейротрансмиссией повелевает ритм. Послание идет не беспрерывно, а импульсами, тысячами коротких сигналов. Информация достигает конца нервного окончания. Соединение между двумя нейронами функционирует подобно электрической розетке. Трансмиссия осуществляется нейротрансмиттерами. Как существует несколько типов электрических розеток, так существует и несколько типов нейротрансмиттеров.